JP4296534B2

JP4296534B2 - 逆浸透膜モジュール式による精製水製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP4296534B2
Application number: JP2002208199A
Authority: JP
Inventors: 章彦杉本; 光好岡本
Original assignee: Toray Medical Co Ltd
Current assignee: Toray Medical Co Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: JP2004049977A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆浸透膜モジュール式の精製水製造方法と製造装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、医療分野において、洗浄、配合、希釈用途に使用される純水あるいは純水に近い精製水、特には細菌やエンドトキシンによる汚染が実質的にない状態で透析装置に供給する精製水の製造が可能な逆浸透膜モジュール式の精製水製造方法と製造装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
現在、逆浸透膜式精製水製造装置で使用される逆浸透膜は、特に医療分野では、その使用環境から低圧運転で透過水量が多く、塩排除率の高い架橋ポリアミド複合膜が多用されている。しかし、該逆浸透膜の膜表面緻密層は約０．２μｍ程度の厚みであり、原水中に残留塩素が含まれていると経時塩素劣化を引き起こし塩排除率低下などの性能低下に至る。
【０００４】
従来、一般的な逆浸透膜モジュール式の精製水の製造装置は、図１に示す通り、前処理部１、加圧部２、膜分離部３で構成され、それぞれを連結する管路として前処理原水６、加圧原水管路７、精製水管路８、濃縮水管路９がある。更に、該前処理部として活性炭濾過器あるいは活性炭繊維フィルターなどが設けられ残留塩素を除去するシステムが構築されている。
【０００５】
しかし、該活性炭濾過器あるいは活性炭繊維フィルターで処理させた原水は残留塩素が取り除かれ、逆に生菌増殖に好適な環境となってしまう。この前処理された原水は前処理原水管路６を通じて加圧部２に送られる。加圧部２は高圧ポンプなどで構成され、原水を加圧（約０．５〜２．０ＭＰａ）して原水加圧管路７を通じて膜分離部３に供給される。膜分離部３は逆浸透膜モジュール、圧力調整弁等で構成され、逆浸透膜を介して精製水と濃縮水に分離される。精製水は逆浸透膜の２次側（斜線部）を通過し精製水管路８を経てユースポイントに送液される。
【０００６】
この場合、ユースポイントで瞬間的に多量の精製水を使用する場合は、図３に示すように精製水貯留槽５を有している場合もある。前述のとおり、逆浸透膜１次側まで脱塩素水で供給されるため、ほとんどの場合、生菌増殖が認められる。逆浸透膜において原水中の生菌は排除され、逆浸透膜２次側には生菌が存在しないはずであるが、膜リークあるいは膜１次側と２次側を水密に維持しているＯリングなどの損傷によっても膜２次側は汚染される。また、初期状態においての膜モジュールのハンドリング、突発的工事などによる逆汚染の懸念もある。膜２次側から精製水管路８の領域については前処理水と同様に脱塩素水であり、生菌増殖に好適な環境であることに変わりなく汚染の心配もあるものである。
【０００７】
また、医療分野で使用される逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置は、半導体業界などの工業用途と異なり、１日の治療が終われば装置は長時間停機しているのが一般的である。さらに、病院では緊急透析のために集中治療室に単身用逆浸透膜式精製水製造装置を長期間保管されている場合があるなど該装置の清浄度を維持することは難しい。また、透析治療は病院でのみ行われるのではなく、透析患者の家庭で行われる所謂、在宅透析を考慮しなければならない。この場合にも単身用逆浸透膜式の精製水製造装置が個人用透析装置とセットで使用されるが、在宅透析においては病院での装置使用の時間および使用頻度は比べものにならないくらい少なく、清浄度維持はますます困難な状況にある。
【０００８】
一方、透析治療技術法の発展に伴い、一層高いレベルの清浄度を透析液に要求されるようになった。すなわち、従来の透析療法が取り除いていた尿毒素成分よりさらに分子量の大きい成分が見出され、よりサイズの大きい物質を血液中から除去する必要が生じ、例えばＨＰＭ（ハイパフォーマンスメンブレン）という透析膜の孔径（ポアサイズ）の大きなダイアライザーが使用され始めた。
【０００９】
しかし、このことは従来は透析膜で阻止されていた透析液中の不純物が血液側に混入する危険性が高くなることを意味する。さらにはオンラインＨＤＦという、血液中の血漿成分を積極的に取り出し、それとほぼ当量の補液を血液に還流させる際に、透析液をクリーンに浄化することにより、患者の傍らで補液を製造する療法も普及し始めている。
【００１０】
そのため透析液が従来以上に高清浄度であることが要求されるが、透析液中の細菌のみならず、細菌の一種であるグラム陰性菌から派生するエンドトキシンも問題となってきた。エンドトキシンは、症状的にはパイロジェンとよばれる発熱を引き起こす毒素成分の総称である。グラム陰性菌自体は特別危険な細菌でなくとも、それが代謝あるいは死滅した際に、細胞壁から剥離して生成されるエンドトキシン、非常に取扱の難しい物質である。多量のエンドトキシンが体内に混入した場合には、患者に血圧低下や発熱をもたらし、さらに重篤な場合は患者の生命を危険な状態に陥れるものである。さらに、このエンドトキシンが細かく分裂した破片（フラグメント）による慢性的な障害が指摘されている。また、透析液のエンドトキシンの９割以上が逆浸透膜式モジュールによる精製水に由来するとの報告もある（例えば、第４３回透析医学会雑誌「Ｐ−３６０」）。
【００１１】
また、この逆浸透膜式モジュールの精製水中に棲息する細菌は、エンドトキシンを発生するグラム陰性かん菌が多い（例えば、「膜処理技術大系下巻」（フジ・テクノシステム））のである。
【００１２】
従来から逆浸透装置の薬液による殺菌消毒には、例えば、ホルマリンが使われていたが、処置後の薬剤洗い流しが困難（薬液残留）であること、さらに地球環境の問題から使用できなくなってきた。ホルマリン以外では過酸化水素および過酢酸などの酸素系薬剤、あるいは塩素系薬剤が間歇的に用いられている。
【００１３】
しかしながら、酸素系薬剤では、逆浸透膜内部の原水濃縮側に重金属（特に鉄分）が存在すると、それが触媒として作用し薬剤による膜の酸化劣化が急激に進行するため、事前にクエン酸などの酸洗浄を実施して重金属を取り除かなければならないなど操作が煩雑であり、処置時間が長くなるなどの問題がある。同様に塩素系薬剤も高濃度の場合は塩素による膜劣化は避けられない。また、逆浸透膜の構造が複雑なことから、薬剤では拡散・浸透しない箇所があるために、十分な殺菌効果が得られない場合が多い。
【００１４】
上記薬剤の他に殺菌消毒に熱水を使用するものがある。
【００１５】
例えば、特開平８-２５２６００号公報や特開平１１−３３３２６６号公報があるが、前者は熱水温度８０℃以上、後者は熱水温度９０℃以上の加熱条件が必要であり、逆浸透膜の耐熱性とは別に装置内配管の材質、熱水を排水する建家排水配管の耐熱性に注意しなければならない。
【００１６】
また、耐熱性の高い部材を使用しようとすれば一般的にコストアップにつながり、熱水温度が高くなると配管接合部の膨張と収縮の繰り返しにより緩みが生じ、水漏れなどの事故を誘発しかねない。
【００１７】
このような事情から、在宅透析における逆浸透膜式精製水製造装置も考慮して、経済的で、安全で安定的な殺菌消毒方法を実現することが求められている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来装置の上記問題点を改善し、精製水清浄度を維持するための殺菌消毒機能を具備した逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置を提供することを目的とする。更には、従来装置以上に操作性、経済性および安全性に優れた逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成する本発明の逆浸透膜モジュール式による精製水製造方法は、原水中の残留塩素を除去する前処理部で処理された前処理原水を逆浸透膜モジュールに圧送し、該前処理原水を逆浸透膜によって透析用精製水と濃縮水に分離する精製水の製造方法において、６０℃以上７０℃以下の高温水を作成する加熱装置を設けて、該加熱装置により作成された前記高温水を前記膜分離モジュール部に供給し、さらに該膜分離モジュール部の精製水管路と濃縮水管路のそれぞれに前記加熱装置と連通する分岐管路を設け、膜分離モジュール部に供給した前記高温水を該分岐管路を介して前記加熱装置に回収／循環せしめて逆浸透膜モジュールを高温水消毒しグラム陰性菌を殺菌するように構成したことを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造方法である。
【００２０】
また、本発明の逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置は、以下の構成からなるものである。
【００２１】
すなわち、原水中の残留塩素を除去する前処理部と、該前処理部で処理された前処理原水を圧送する加圧部と、該前処理原水を逆浸透膜によって透析用精製水と濃縮水に分離する膜分離部とを有する逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置において、６０℃以上７０℃以下の高温水を作成する加熱装置を設け、さらに、前記前処理部と前記加圧部を連結する前処理原水配管上に前記加熱装置を連結させる高温水供給分岐管路を設け、さらに前記膜分離部の精製水管と濃縮水管上に前記加熱装置と連通する分岐管路を設け、膜分離部に供給した前記高温水を前記加熱装置に回収／循環せしめて逆浸透膜モジュールを高温水消毒しグラム陰性菌を殺菌するように構成したことを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置である。
【００２２】
かかる本発明の逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置において、好ましくは、膜分離部で分離された精製水を貯留する精製水貯留タンクを設け、さらにその精製貯留タンクに加熱制御機能を設けて加熱装置としたことを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置である。
【００２３】
また、更にかかる本発明の逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置が好ましくは単身用であるものである。
【００２４】
また、本発明は、上述した逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置により精製された水を利用するように構成されてなる人工透析装置を提供するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明を説明をする。
【００２６】
まず、本発明者らは、逆浸透膜式精製水製造装置および精製水送液配管など逆浸透膜モジュールで膜分離された精製水中に棲息する生菌の種類に着眼した。
【００２７】
その結果、逆浸透膜を透過した精製水中には生菌の栄養源になる有機物はほとんど存在せず、棲息できる生菌はシュードモナスなどのグラム陰性菌と呼ばれる、所謂、貧栄養菌に限られていることから、殺菌消毒の対象を貧栄養菌に絞り込み高温水に対する耐性を確認した。
【００２８】
表１は、透析用逆浸透膜式精製水製造装置の精製水をサンプルとして採取し、それを５０℃、６０℃、７０℃の各温度に加熱し、さらに加熱時間をそれぞれの加熱温度において１０分、３０分、６０分と変えて加熱処理を行ったものである。
【００２９】
【表１】

【００３０】
また、生菌は熱処理で完全に死滅していなければ、時間経過とともに再度増殖してくる可能性があることから、生菌測定は加熱処理直後と１日経過から１ヶ月経過後まで漸次測定フォローを実施して確実な殺菌効果が得られているかを検証したものである。生菌測定は３５℃−４８時間の寒天培地法により測定したものであり、測定結果から次の（１）、（２）の知見を得たのである。
（１）５０℃の加熱処理では処理直後で処理前の生菌数（ブランク数）より明らかに低下しているが完全死滅には至っていない。このため、１日経過以降では加熱時間に関わらず測定不能なまでに多数の生菌が増殖している。
（２）６０℃以上の加熱処理では１０分以上の加熱時間において、直後の殺菌状態（生菌数０ＣＦＵ／ｍｌ）が１ヶ月維持されており、生菌を死滅させることができたことを示している。すなわち、シュードモナスを殺菌対象とした場合、６０℃、１０分以上の高温水で十分殺菌効果があることが認められたのである。
【００３１】
本発明者らはかかる知見に基づき本発明に到達したものであり、更に具体的に、本発明の逆浸透膜モジュール式の精製水の製造方法と製造装置について説明をする。
【００３２】
本発明の逆浸透膜モジュール式の精製水の製造方法と製造装置は、図２に示したように加熱部４を設けてなるものである。
【００３３】
該加熱部４は、６０℃以上７０℃以下の温度の高温水を作成するものであり、加熱の方式は、電熱式ヒータによる加熱等の他に蒸気による熱交換方式でも良い。
【００３４】
加熱部４で加熱された高温水は前処理原水管路６と加熱部４を連結させる分岐管路１０を通り前処理原水管路６に送られる。加熱部４に高温水送液用ポンプがない場合は、加圧部２の高圧ポンプを使用することができる。この場合、通常の造水運転圧力とは異なり、膜にダメージを与えないように０．２ＭＰａ以下の低圧運転で行われる。加熱部４に高温水送液ポンプと高温水貯留タンクを設けて自己送液能力がある場合は、高温水分岐管路１０は加圧原水管路７に連結してもよい。
【００３５】
加熱高温水は膜分離部３に供給され、精製水管路８と濃縮水管路９とに分離されて出てくる。高温水消毒時はユースポイントに送液される精製水管路８、装置外に排出される濃縮水管路９を加熱部４とを連結させる分岐配管１１、１２にそれぞれ切り替えて加熱部４に回収／循環され、高温水循環経路内を一定温度に保つように制御される。
【００３６】
図３に示した本発明装置の態様例では、膜分離部３から得られた精製水は精製水貯留部５に貯留され、そこからポンプなどによりユースポイントに送られる。
【００３７】
この場合、精製水貯留部５の貯留槽内部に加熱部４を内蔵させることにより貯留槽で精製水を加温することが可能になる。加熱により得られた高温水は、前処理水管路６に連結された分岐管路１０を経て加圧部２に供給される。加圧部２、膜分離部３を経て得られた加温水の一部は精製水管路８を経て、精製水貯留部５の貯留槽に回収されて再度加熱される。膜分離部３を経て濃縮水管路９を通る高温水は前処理原水管路６から分岐した分岐管１２に回路を切り替えて循環される。
【００３８】
透析のシステムにおいては、透析液を３６℃まで加温するために必ず透析監視装置へ供給される透析液は、あるレベルまで加温されることが一般的であるが、図３に示す通りその加温機能を精製水貯留槽に搭載してある場合は、通常は透析液温度をある所定温度に加温制御するための加温装置として利用し、逆浸透膜モジュールを高温水殺菌する際には、それよりも高温度に加熱して使用することができるなどシステム全体での特別なコストアップにはならないのである。
【００３９】
本発明の逆浸透膜モジュール式の精製水製造方法もしくは装置において、加熱部により作成され、回収／循環せしめられて逆浸透膜モジュールを高温水消毒する高温水温度は、好ましくは６０℃以上７０℃以下のものである。また、加熱時間は逆浸透膜モジュールの内部の隅々まで所定高温水で満たし、温度で安定してから３０分以上見込んでおくのが良い。
【００４０】
本発明による高温水消毒を自動化することにより、特別な耐熱部材を選ぶ必要がなく、比較的温度が低くて効果が得られることから安全で、消費電力の面から経済的な殺菌消毒法である。また、前述したグラム陰性菌は貧栄養菌であり、成長速度が遅いことが知られており、高温水消毒を１週間に１回あるいは３日に１回程度の操作頻度で行うことにより、仮に生菌がごく僅か棲息していたとしても、その増殖を押さえ逆浸透膜モジュールを清浄維持できるのである。
【００４１】
上述の本発明にかかる逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置により精製された水は、人工透析装置に効果的に利用することができる。すなわち、本発明は、該精製水製造装置で精製された水を利用するように構成された人工透析装置を提供するものである。
【００４２】
本発明にかかる逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置において、その消毒手法は消毒用薬剤の停滞などの危険性を考える必要が実際上なく、また操作が簡単であることから、隔日に実施される個人透析、あるいは日曜が休みになるセンター透析などには極めて有用な透析装置を構成できるものだからである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来考えられていた逆浸透膜式の精製水製造装置、特に医療分野における該装置の精製水側殺菌消毒を比較的低い温度の高温水で行うものであり、操作が容易で、安全で、安定的に実施することが可能となる。
【００４４】
さらに、本発明にかかる逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置は、エンドトキシンを産生するグラム陰性菌を殺菌対象とするものであり、エンドトキシン汚染のない良質な透析治療を可能にすることができる。
【００４５】
本発明は、停機時間の長いあるいは使用頻度の少ない医療用逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置、特に在宅透析で使用される単身用逆浸透膜モジュール式精製水製造装置の清浄度維持に特に有効である。
【００４６】
また、本発明方法・装置によれば、消毒用薬剤の停滞などの危険性を考えることなく、操作が簡単であることから隔日に実施される個人透析、あるいは日曜が休みになるセンター透析に極めて有用な消毒手段を提供できたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来において通常の逆浸透膜式モジュール式精製水製造装置を示した概略フロー図である。
【図２】図２は、本発明の方法・装置の一実施態様例を示したものであり、図１の装置において特に加熱部を設け、熱水循環による消毒システムを示したフロー図である。
【図３】図３は、本発明の方法・装置の一実施態様例を示したものであり、図１の装置に精製水貯留部および貯槽内加熱部を設け熱水循環による消毒システムを示したフロー図である。
【符号の説明】
１：前処理部
２：加圧部
３：膜分離部
４：加熱部
５：精製水貯留部
６：前処理原水管路
７：加圧原水管路
８：精製水管路
９：濃縮水管路
１０：分岐管路
１１：分岐管路
１２：分岐管路

Claims

原水中の残留塩素を除去する前処理部で処理された前処理原水を逆浸透膜モジュールに圧送し、該前処理原水を逆浸透膜によって透析用精製水と濃縮水に分離する精製水の製造方法において、６０℃以上７０℃以下の高温水を作成する加熱装置を設けて、該加熱装置により作成された前記高温水を前記膜分離モジュール部に供給し、さらに該膜分離モジュール部の精製水管路と濃縮水管路のそれぞれに前記加熱装置と連通する分岐管路を設け、膜分離モジュール部に供給した前記高温水を該分岐管路を介して前記加熱装置に回収／循環せしめて逆浸透膜モジュールを高温水消毒しグラム陰性菌を殺菌するように構成したことを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造方法。
原水中の残留塩素を除去する前処理部と、該前処理部で処理された前処理原水を圧送する加圧部と、該前処理原水を逆浸透膜によって透析用精製水と濃縮水に分離する膜分離部とを有する逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置において、６０℃以上７０℃以下の高温水を作成する加熱装置を設け、さらに、前記前処理部と前記加圧部を連結する前処理原水配管上に前記加熱装置を連結させる高温水供給分岐管路を設け、さらに前記膜分離部の精製水管と濃縮水管上に前記加熱装置と連通する分岐管路を設け、膜分離部に供給した前記高温水を前記加熱装置に回収／循環せしめて逆浸透膜モジュールを高温水消毒しグラム陰性菌を殺菌するように構成したことを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置。
請求項２に記載の逆浸透膜式の精製水製造装置において、膜分離部で分離された精製水を貯留する精製水貯留タンクを設け、さらにその精製貯留タンクに加熱機能を設けて前記加熱装置としたことを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置。
請求項２または３記載の逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置が単身用であることを特徴とする逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置。
請求項２〜４いずれかに記載の逆浸透膜モジュール式の精製水製造装置により精製された水を利用するように構成されてなることを特徴とする透析装置。